TP1-Caracteristiques-du-Thyristors

TRAVAUX PRATIQUES
CONVERTISSEURS STATIQUES
(Version 0.0)
MANIPULATION N°1
Etude des caractéristiques du Thyristors
I.
Objectif du la manipulation :
 Comprendre le fonctionnement du thyristor, relever ces caractéristiques statiques.
 Comprendre et déterminer le courant hypostatique du thyristor.
II. Généralités :
Thyristor est le nom générique qui désigne une famille entière de semi-conducteurs ayant
au moins trois jonctions, c’est à dire au moins quatre couches semi-conductrices. Ces
composants ont un fonctionnement bistable. Ils possèdent un état passant ou conducteur (Onstate) et un état bloqué (Off-state).
III. Symbole et fonctionnement du thyristor :
Un S.C.R. (Silicon Controlled Rectifier) ou redresseur commandé est un interrupteur
électronique unidirectionnel à fermeture commandée. Un S.C.R. est communément appelé
thyristor, il est aussi connu sous le nom de thyristor triode à blocage inverse.
G
A
k
Figure.1 Symbole du thyristor
Figure.2 Commande de thyristor
La figure.1 représente le symbole du thyristor. Avec : A : Anode, K : Cathode, G :
Gâchette (Gate) ou électrode de commande. La pointe du triangle indique le sens passant en
direct du courant.
L’amorçage du S.C.R. (fermeture du contact) s’effectue par le courant de gâchette, et son
blocage (ouverture du contact) s’effectue en annulant le courant d’anode. Ces deux opérations
sont possibles par une électronique de commande référencée à la cathode, voir la figure.2.
On résume le fonctionnement du thyristor comme suit :




Si le thyristor est polarisé négativement, avec ou sans courant de gâchette, le thyristor
reste bloqué.
Si le thyristor est polarisé positivement, sans courant de gâchette, il reste bloqué.
Si le thyristor est polarisé positivement, avec un courant de gâchette, il devient passant.
Une fois le thyristor devenu passant, même si on élimine le courant de gâchette, il reste
passant.
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III Caractéristiques du thyristor :
III.1 Caractéristiques du thyristor idéal :
Les caractéristiques d'un thyristor, quand ce dernier est considéré comme étant idéal, sont
représentées par la figure.3.
iA
(1), (2) et (3) sont les différentes états du thyristor.
(2) Etat passant
(3) Etat bloqué
(1) Etat bloqué
UAK
0
Figure.3 Caractéristiques idéalisées d'un thyristor



A l'état (1) le thyristor est bloqué : 𝑈𝑎𝑘 ≥ 0 et 𝑖𝐴 = 0
A l'état (2) le thyristor est passant : 𝑈𝑎𝑘 ≥ 0 et 𝑖𝐴 > 0
A l'état (3) le thyristor est bloqué : 𝑈𝑎𝑘 ≤ 0 et 𝑖𝐴 = 0
Un thyristor idéal est semblable à un simple interrupteur électrique qui peut être soit fermé
soit ouvert.
III.2 Caractéristiques statique et dynamique du thyristor :
Les caractéristiques réelles d'un thyristor sont de deux types. On retrouve les
caractéristiques statiques et les caractéristiques dynamiques. Pour les caractéristiques
statiques on retrouve, encore, les caractéristiques directes et inverses.
Pour les caractéristiques statiques, voir la figure.4, on s'intéresse à la relation tensioncourant (IA, UAK) lors des différents états du thyristor.
Pour les caractéristiques dynamiques, on s'intéresse au courant d'amorçage IGT (Gate
Trigger Current), le temps d'amorçage Ton et de blocage Toff, le courant d'accrochage IL
(Latching current) et le courant hypostatique IH (Holding current).
Pour pouvoir, donc, relever les caractéristiques statiques et dynamiques du thyristor, il
faut disposer de deux sources de tension continue variable, l'une pour polariser le thyristor et
l'autre pour le circuit de gâchette avec, évidemment, les appareils de mesure nécessaires. Voir
la figure.3 ci-dessous.
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Figure.3 le schéma de montage pour relever les caractéristiques du
thyristor
IA
Région de conduction
Région d'avalanche
inverse
Région de claquage
UBR
Région de blocage
direct
UAK
Région de blocage
inverse
Figure.4 Caractéristique courant-tension
La figure.4, ci-dessus, représente la caractéristique statique d'un thyristor. On remarque
les quatre régions qui représentent les différents états du thyristor.


Région de blocage direct : La région de blocage direct se situe de l'origine jusqu'à la
tension de retournement par avalanche.
Région de blocage inverse : La région de blocage inverse se situe de l'origine jusqu'à
la tension d'avalanche inverse UBR. Le dépassement de cette tension risque de
provoquer la destruction du thyristor.
III.3 L'amorçage du thyristor :
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Pour qu’un thyristor puisse s’amorce, il faut la réunion, à la fois, de ces trois :



Que le courant de gâchette soit supérieur au courant de gâchette d’amorçage
minimum;
Que le courant d'anode atteigne une intensité minimale appelée courant d’accrochage
avant la disparition du courant de gâchette;
Que la tension anode-cathode UAK soit positive.
Le thyristor, peut aussi s'amorçer, même en absence du courant de gâchette, dans les
conditions suivantes :




Si la tension directe UAK est très importante, dépassant la tension de retournement.
Si la variation de la tension UAK (d(UAK)/dt) est très importante.
L'élévation de la température, rend le thyristor très sensible aux amorçages
intempestifs.
Si un éclairement suffisant éclaire la jonction de commande Jc.
III.3 Blocage du thyristor :
Pour qu’un S.C.R. se bloque, il faut que l’intensité du courant d’anode iA devienne
inférieure à une intensité minimale appelée intensité de maintien ou hypostatique notée IH
(Holding current) pendant un temps minimum.
Deux solutions sont possibles :


Soit par extinction naturelle, c’est-à-dire par le passage à zéro du courant d’anode (cas
des courants alternatifs),
Soit par extinction forcée, c’est-à-dire par application d’une tension inverse (UAK< 0)
qui entraîne l’annulation du courant d’anode i.
IV. MANIPULATION :
1. Familiarisation avec les composants et l'appareillage :
 Prendre les deux composants Diode et thyristor, constater ce qui les différencie.
 Distinguer et identifier les différentes bornes du thyristor.
 Se familiariser avec l'alimentation stabilisée, la source de tension continue variable et
les différents appareils de mesure.
 Présenter un schéma de montage, équivalent à celui schématisé par la figure.3, en
mettant en évidence les appareils de mesure utilisés et leurs calibres pour les différents
états du thyristor.
 Faire le montage;
 Après vérification du schéma, par l'enseignant, brancher l'alimentation, garder le
thyristor à l'état bloqué, ne pas injecter de courant de gâchette, puis effectuer les
mesures du courant IA à travers le thyristor, Uak aux bornes du thyristor et UR aux
bornes de la lampe, cela pour différentes valeurs de tension de la source US et remplir
le tableau ci-dessous.
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


Appliquer, en agissant sur la source de tension continue variable, une tension
US=100V, Injecter le courant de gâchette, en allumant l'alimentation stabilisée,
augmenter le courant de gâchette jusqu'à l'amorçage du thyristor, retenir la valeur de
IG et UG dans le circuit de gâchette, refaire l'expérience trois fois.
Amorcer le thyristor, en injectant un courant de gâchette suffisant, puis effectuer les
mesures du courant IA à travers le thyristor, Uak aux bornes du thyristor et UR aux
bornes de la lampe, cela pour différentes valeurs de tension de la source US et remplir,
encore et pour la deuxième fois, le tableau ci-dessous.
Chercher la valeur du courant hypostatique. En partant d'un état passant et en
réduisant progressivement la tension de la source, jusqu'au blocage du thyristor, le
courant hypostatique correspond à la dernière valeur du courant IA affichée par
l'appareil de mesure avant le blocage du thyristor.
Tableau de mesure :
US (Volt)
40
80
120
160
200
UAK (Volt)
UR (Volt)
IA (μA, mA)
Remarque : Avant amorçage (à l'état bloqué) le courant IA est très faible, de l'ordre du μA,
mais à l'état passant, le courant peut atteindre l'ordre de 1A, il faut donc, avant de procéder à
l'amorçage par le courant de gâchette du thyristor, adapter le calibre de l'ampèremètre.
V.
1.
2.
3.
4.
Préparation du compte rendu :
Présenter l'objectif de la manipulation et faire une étude théorique du thyristor;
Présenter le schéma et les différentes étapes de la manipulation;
Présenter les tableaux de mesure et représenter graphiquement la caractéristique relevée;
Interpréter les résultats obtenu puis conclure.
Répondre aux questions suivantes :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
C'est quoi la différence entre une diode et un thyristor?
Comment reconnaitre et distinguer les différentes bornes du thyristor?
Que sont les caractéristiques statique et dynamique d'un thyristor?
Quels sont les conditions qui permettent d'obtenir l'amorçage d'un thyristor?
C'est quoi le courant hypostatique d'un thyristor?
Quand est ce que le thyristor se bloque t-il?
L'enseignant : R.KIFOUCHE
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